汽車前減震器內部緩沖塊優化

邵利偉

(上汽通用東岳汽車有限公司，山東煙臺 264006)

0 引言

汽車減震器作為車輛行駛過程中衰減振動的重要部件，特別是汽車的行駛速度不斷提高，減震器的作用更加重要[1]。為了限制汽車行駛過快，馬路上經常會設置減速帶，車輛在通過減速帶時產生的振動和噪聲，直接影響客戶對車輛品質的評判。

1 噪聲產生的機制和失效形式

1.1 噪聲產生機制分析

文中分析的車輛過減速帶噪聲，出現的工況是車輛快速通過一種特殊的高減速帶時，車輛前部產生一次非常大的噪聲。車輛在普通路面以及過普通減速帶時，均無該噪聲。

車輛快速通過高減速帶時，車輛在縱向有較大的運動,此時車輪和車身向相反的方向有相對運動，車輪和車身在縱向相對運動上靠懸架系統的減震器內部結構進行限位。

通過對減震器的結構分析，減震器在工作時，活塞桿在減震器缸筒內做往復運動：普通工況下減振器活塞在工作缸內往復運動，減振器殼體內的油液反復地從一個內腔通過窄小的減震器閥的孔隙流入另一內腔，形成對振動的阻尼力來衰減振動，這種普通工況下沒有噪聲產生。

當車輪和車身有較大的反向相對運動的極限情況時，減震器達到最大拉伸行程，限位結構撞擊會產生噪聲。減震器內部活塞桿上部的限位環會撞擊減震器上部導向環，為保護減震器，在限位環和導向環之間設計了緩沖塊，來吸收這種撞擊。巨大的撞擊會導致這種噪聲產生，而同樣沖擊下噪聲的大小，取決于緩沖塊的緩沖能力，減震器結構如圖1所示。

圖1 減震器結構

1.2 緩沖塊材料分析

進一步分析該款車型的限位塊是天然橡膠材質，天然橡膠材料已經屬于橡膠中動態性能較好的橡膠，如果通過降低橡膠硬度來提高緩沖能力，勢必會導致耐久性能的下降。目前減震器內部尺寸有限，也不能通過盲目擴大緩沖塊尺寸來提高吸收沖擊的能力，因此，需要選取一種動態性能更好的材料來制作緩沖塊，來緩沖車輛過高減速帶時，減震器限位塊帶來的巨大沖擊。

TPU聚氨酯(熱塑性聚氨酯彈性體)作為一種新型合成高分子材料，現已廣泛應用于汽車、航天、醫療、國防等領域[2]。TPU機械強度高，加工性能好,耐高溫，耐油、耐老化，十分適合使用在減震器中。

2 聚氨酯材料緩沖塊結構設計

2.1 緩沖塊的結構受力

緩沖塊在減震器內部，主要受限位環和導向環的縱向擠壓，因此，提升緩沖塊的縱向緩沖能力，可以減輕車輛過高減速帶時的噪聲。由于緩沖塊安裝在減震器內部，受減震器內徑尺寸的限制，當前設計徑向空間已經沒有繼續增大的空間，所以，緩沖塊的優化只能從材料和形狀優化的方向入手。

2.2 緩沖塊的設計優化和評估方法

通過制作軟模，做出快速樣件。通過拉壓試驗機(圖2)，對比緩沖塊的壓縮曲線，可以快速評估緩沖塊的緩沖效果。

圖2 拉壓試驗機

方案一：按照原來橡膠材料的尺寸，只將原來的橡膠材料，替換為聚氨酯材料，制作緩沖塊，確認材料的緩沖能力確實有優化。

方案二：使用聚氨酯，在頂部和側面增加波紋，提高緩沖塊縱向的緩沖能力，經過數十種手工樣件的制作，最終確定了緩沖能力最好的方案二。

2.3 設計優化結果對比

利用拉壓試驗機，測試樣件的力學性能，測試結果發現，方案二的曲線更平滑，在同樣受力的情況下，能夠吸收更多能量，通過測試曲線對比得出結論，方法二的吸收沖擊能力更好，結果如圖3所示和圖4所示。

圖3 緩沖塊更改方案

圖4 壓縮曲線

3 緩沖塊的試驗驗證

3.1 實車噪聲評估

將方案一和方案二狀態的樣件，制作成減震器總成，兩種樣件通過減震器基本性能測試后，裝車進行實車噪聲評估。

方案一裝減震器進行整車驗證，驗證發現噪聲較之前減輕，但還未達到理想效果

方案二裝減震器進行整車驗證，驗證發現噪聲較原始方案改善明顯，較方案一也有一定程度的提升，達到可以接受的水平。

實車噪聲評估結果與之前的臺架測試的緩沖能力結果一致，最終采用方案二進行耐久試驗。

3.2 耐久試驗結果

將零件進行臺架耐久試驗，試驗樣件無撕裂并沒有試驗微粒分離出來，耐久試驗后的零件力學性能測試和外觀尺寸的均在要求范圍之內，臺架試驗通過，如圖5所示。

圖5 耐久試驗后零件狀態

將裝有樣件的減震器，搭載到耐久車上進行整車耐久試驗。整車耐久試驗完成后，減震器沒有任何的功能異常，且減震器通過高減速帶時，緩沖效果仍能滿足要求，整車耐久試驗通過。

4 結束語

某車型通過高減速帶時車輛前部產生噪聲，利用結構分析、材料分析和臺架試驗等方法，完成了異響的失效分析、設計優化和方案驗證的一系列過程。噪聲和異響是汽車路試中一類常見的問題，此案例中介紹的思路和方法，改進周期短，驗證效果好，可以供其他類似的噪聲和異響問題參考和借鑒。